Fehlerstrom-Schutzschalter

(RCCB, von engl. Residual Current Circuit Breaker) sind die am häufigsten verwendeten Geräte aus der übergeordneten Gruppe der Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen^[1] (RCD, von engl. Residual Current Device, sinngemäß 'Reststromschutzgerät'). In der älteren, umgangssprachlich noch üblichen Bezeichnung FI-Schalter steht „F“ für das Wort Fehler und „I“ für das Formelzeichen der elektrischen Stromstärke.^[2] Durch den Einfluss der internationalen Normung wird seit 2008^[3] allgemein das Kürzel „RCD“ auch in den deutschsprachigen Normen verwendet.

Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen jeder Bauform verhindern gefährlich hohe Fehlerströme gegen Erde und tragen so zur Reduzierung lebensgefährlicher Stromunfälle in Niederspannungsnetzen maßgeblich bei. Sie werden grundsätzlich den üblichen Überstromschutzeinrichtungen vorgelagert und zusätzlich zu diesen in den Niederspannungsverteilern installiert. Es gibt auch die Kombination in Form des RCBO, welcher die Funktion der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung und des Leitungsschutzschalters in einem Gerät vereint. Für den Fehlerstromschutz einzelner Steckdosen in Altanlagen sind auch RCD-Steckdosen verfügbar.

Grundlagen

Nach DIN VDE 0100-100 ist die Sicherheit von Personen, Nutztieren und Sachwerten hinsichtlich der Gefahren und Schäden sicherzustellen, die beim bestimmungsgemäßen Gebrauch elektrischer Anlagen entstehen können. Darunter fallen insbesondere Gefahren, die beim Berühren unter Spannung stehender Teile von elektrischen Anlagen entstehen können. Dieser Schutz kann durch folgende Maßnahmen erreicht werden:

• Verhindern, dass ein Fehlerstrom durch den Körper einer Person oder eines Nutztieres fließt
• Begrenzen des Fehlerstroms, der durch einen Körper fließt, auf einen ungefährlichen Wert
• Begrenzung des Fehlerstroms, der durch einen Körper fließt, auf eine ungefährliche Zeitdauer

Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen zielen ergänzend zu den Maßnahmen „Schutzerdung und Schutzpotentialausgleich“ (gemäß DIN VDE 0100-410)^[4] auf die zeitlich begrenzende Maßnahme ab. Sie schützen gegen das Bestehenbleiben – nicht das Entstehen – eines unzulässig hohen Berührungsstroms (siehe auch Berührungsspannung). Sie sind ein effizientes Mittel zur Vermeidung von gefährlichen Stromunfällen, insbesondere dem Erdschluss über den Körper.

Ein weiterer wesentlicher Aspekt für den Einsatz von Fehlerstromschutz-Einrichtungen ist der Brandschutz. In der Brandschutztechnik wird eine Fehlerleistung von mehr als 60 Watt bei längerer Einwirkdauer als möglicher Brandauslöser eingestuft. Unter bestimmten Voraussetzungen muss sogar bei geringeren Leistungen mit Brandgefahr gerechnet werden. Aus brandschutztechnischen Gründen werden daher Schutzeinrichtungen, Melde- oder Überwachungsgeräte mit einem Bemessungsfehlerstrom/Ansprechstrom ≤ 300 mA empfohlen.^[5] Solche Schutzeinrichtungen für den vorbeugenden Brandschutz haben typisch eine verzögerte Auslösung und eignen sich auch bedingt durch den hohen Bemessungsfehlerstrom nicht für den Personenschutz.

Im Gegensatz dazu dienen Überstromschutzeinrichtungen wie Leitungsschutzschalter oder Schmelzsicherungen, die allgemein als „Sicherungen“ bezeichnet werden, hauptsächlich dem Schutz von Geräten und Installationen und bieten deshalb keinen hinreichenden Schutz vor Stromschlag: „die Sicherung schützt die Leitung, die Fehlerstrom-Schutzeinrichtung den Menschen“.^[6]

Voraussetzung für ein verlässliches unmittelbares Auslösen der Fehlerstromschutz-Einrichtung bei einem unzulässig hohen Fehlerstrom ist eine normgerechte Auslegung der Kundenanlage, speziell hinsichtlich Schutzerdung und Potentialausgleich. Bei einfachen Fehlern wird durch den Erdkontakt eines betriebsmäßig spannungsführenden Leiters ein Stromkreis über den Schutzleiter oder über die Erde gebildet. Die netzseitigen Voraussetzungen sind bei europäischen Niederspannungsnetzen (bis auf Ausnahmen wie z. B. in IT-Systemen, bei denen Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen nur zur Erkennung von Mehrfachfehlern eingesetzt werden können) generell gegeben und werden durch den jeweiligen Verteilnetzbetreiber (VNB) gewährleistet. In den Abschnitten eines TN-C-Systems, in dem der Schutzleiter (PE-Leiter) gleichzeitig Neutralleiter (N-Leiter) ist (und als PEN-Leiter bezeichnet wird), kann eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung erst nach der Aufspaltung in getrennte PE-Leiter und N-Leiter eingesetzt werden. Nach der Aufspaltung wird der N-Leiter über die Fehlerstromschutz-Einrichtung geführt. Diese Aufspaltung des PEN-Leiters erfolgt üblicherweise im Hausanschlusskasten, womit dies keine weiteren Auswirkungen auf die normale Haus- bzw. Wohnungsinstallation hat.

Funktionsprizip

Der Fehlerstrom-Schutzschalter löst bei Überschreitung eines bestimmten Fehler-/Differenzstroms aus, und schaltet den betroffenen Stromkreis allpolig, das heißt alle aktiven Leiter, vom vorgelagerten Netz ab.

Differenzströme treten auf, wenn durch den menschlichen Körper oder über eine schadhafte Isolierung ein Fehlerstrom fließt. Dazu vergleicht der Fehlerstrom-Schutzschalter die Höhe des hin- mit der des zurückfließenden Stromes. Die vorzeichenbehaftete Summe aller durch den Summenstromwandler des Fehlerstrom-Schutzschalters fließende Ströme muss bei einer fehlerfreien Anlage immer Null sein. Vereinfacht ausgedrückt muss der Strom, der zum Verbraucher fließt, genauso groß sein wie der Strom, der vom Verbraucher zurückfließt.

Der Vergleich erfolgt in einem Summen-Stromwandler. Dieser hat zwei oder mehr durchlaufende Leitungsadern (Primärwicklungen). Sie sind so geführt, dass ihre Induktionswirkung sich im Normalfall gegenseitig aufhebt, kein Magnetfluss im Wandlerkern induziert wird und kein Sekundärstrom fließt. Der Wandler „addiert“ also alle zum und vom Verbraucher fließenden Ströme vorzeichenrichtig. Fließt aus einer Ader ein Teilstrom zur Erde (Fehlerstrom), so ist die Summe von hin- und zurückfließenden Strömen im Wandler nicht mehr Null. Dies hat einen Strom in der Sekundärwicklung (Auslösespule) zur Folge. Der Sekundärstrom löst ein Schaltschloss aus, das die Leitung allpolig abschaltet.

Die Unterscheidung in netzspannungsunabhängige und netzspannungsabhängige Schutzgeräte wird in englischsprachigen Normen nicht gemacht und auch in den IEC- und EN-Normen nicht benutzt. In den internationalen Gerätenormen werden folgende Bezeichnungen verwendet:

• RCCB = Residual Current operated Circuit-Breaker without over current protection, entspricht den reinen FI- bzw. DI-Schaltern, (ist gleichwertig zu RCD residual-current device)
• RCBO = Residual Current operated circuit-Breaker with integral Over current protection, entspricht den kombinierten FI/LS- und LS/DI-Schaltern,
• SRCD = Socket outlet with Residual Current operated Device, sind FI- bzw. DI-Steckdosen (diese Schutzelemente sind für den Einbau in Steckdosen gedacht)^[10]
• PRCD = Portable Residual Current operated Device, sind ortsveränderlich, am häufigsten zu finden unter Personenschutz-Adapter,
• RCU = Residual Current Units, sind Fehlerstrom-Auslöser zum Anbau an Leitungsschutzschalter,

Mit freundlicher Genehmigung von Wikipedia